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14.1能量的转化和守恒课时练习--22025-2026年【人教版 (2024)】九年级物理
一、填空题（本大题共5小题）
1．冬天人们喜欢捧着一杯热水取暖，此过程能量发生了 （选填“转化”或“转移”）。 （选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。
2．2022年底，我国自主研制的大型客机C919正式交付使用。如图所示，飞机飞行时发动机把______（选填“内能”或“风能”）转化为机械能，机翼做成上凸下平的形状，是利用了流体流速越大压强越______（选填“大”或“小”）的原理。
3．中国长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空，成功将“嫦娥四号”探测器送上太空。“嫦娥四号”经过26天的飞行，软着陆至月球背面南极——艾特肯盆地，从而完成“人类探测器首次实现月球背面软着陆”的壮举。中国长征三号乙运载火箭升空时是通过燃料燃烧时释放的 转化为火箭的机械能。月球表面昼夜温差可达300℃，除了月球没有空气不能起保温作用外，还与月壤的 比较小有关系。
4．在我国西藏高原，有一个羊八井地热区，地热电厂担负着拉萨市一部分电力供应．其工作流程如图所示，经过地下井→汽轮机→发电机，其能量转化过程是：将内能转化为 能再转化为 能．
5．如图，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花、快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧。在快速下压活塞的过程中筒内气体内能 （选填“增大”或“减小”），此过程能量转化与汽油机的 冲程是相同的。棉花着火燃烧之后，活塞会迅速反弹，此过程是燃气的 能转化为活塞的机械能。某汽油机转速为1200r/min，则每秒内完成冲程 个。
二、单选题（本大题共7小题）
6．如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（　　）
A．内能——机械能——化学能 B．化学能——内能——机械能
C．机械能——内能——化学能 D．内能——化学能——机械能
7．2023年5月28日，国产C919大型客机圆满完成首次商业飞行。下列有关说法正确的是（　　）
A．飞机加速升空的过程中，动能减小
B．飞机燃料在燃烧的过程中，化学能转化为内能
C．飞机减速下降的过程中，重力势能不变
D．飞机降落后能在跑道上继续滑行，是由于受到惯性的作用
8．“百年学府开启逐梦天穹路”北京时间2023年8月10日，我市河南理工大学“河南理工一号”AI智能遥感卫星在酒泉卫星发射中心，搭载星河动力“谷神星一号”运载火箭发射升空，卫星准确进入预定轨道，各项状态良好，发射任务取得圆满成功！对于下列过程，说法正确的是（　　）
A．火箭在大气中加速上升过程以星河动力“谷神星一号”运载火箭为参照物，“河南理工长一号”卫星是运动的
B．火箭在大气中加速上升过程，克服与空气的摩擦力做功，内能减小
C．火箭常选液态氢作为燃料，是因为液态氢具有较小的热值
D．火箭是热机的一种，工作时将燃料燃烧时放出的内能转化成机械能
9．2021年10月16日，航天员翟志刚、王亚平、叶光富搭乘神舟十三号载人飞船，开始了为期6个月的“太空出差”，六个月后将顺利返航。下列说法正确的是（　　）
A．火箭加速升空时，动能转化为重力势能
B．火箭选作燃料的物质主要是利用该燃料的比热容大的特点
C．火箭的发射过程中，燃料若不完全燃烧，热值会减小
D．返回舱进入大气层后与大气摩擦，机械能转化为内能
10．如图是一种新型的风光互补照明灯，它头顶小风扇，肩扛太阳能电池板，脚踏蓄电池，下列解释正确的是（　　）
A．利用风力发电将电能转化为机械能
B．太阳能电池板将太阳能转化为电能
C．照明灯工作时，LED灯是将机械能转化为光能
D．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能
11．下列关于热现象的说法中正确的是（　　）
A．火箭使用液态氢作燃料，是因为液态氢含有的热量多
B．集中供暖采用热水循环，是利用了水的比热容较大的性质
C．在汽油机的压缩冲程中，内能转化为机械能
D．0℃的水变成0℃的冰，温度不变，内能不变
12．2022年7月24日，搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射并取得圆满成功，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．火箭使用液氢燃料，主要利用了液氢的比热容较大
B．无论液氢燃料燃烧得充不充分，其热值不变
C．燃料燃烧推动火箭升空是把机械能转化为内能
D．燃料可以完全燃烧，并将内能全部转化为机械能
三、实验题（本大题共2小题）
13．随着智能手机的普及，人们的聊天方式也不断推陈出新，由于智能手机的待机时间很短，因此需要经常充电，当给电池充电时是将 能转化成 ．如图是某智能手机的铭牌，它一次充满电后，最后储存的电能是 J．近期流行的“自拍神器”给旅行者自拍带来方便．如图所示，与直接拿手机自拍相比，利用自拍杆可以 物距，减小人像的大小，从而 取景范围，取得更好的拍摄效果．（后两空均选填“增大”或“减小”）．
14．根据能量转化与守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等．为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验：在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连；当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热计算出水增加的内能，以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等．
(1)为了完成此实验，除已提供测质量的电子天平外，还需要的测量工具有： ．
(2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因： ．
(3)改进实验后，获得了如下数据，规律得到验证．
实验 序号 重物质量 （千克） 下降高度 （米） 升高温度 （℃） 实验 序号 重物质量 （千克） 下降高度 （米） 升高温度 （℃）
1 20 5 0.5 4 10 10 0.5
2 20 10 1.0 5 30 10 1.5
3 20 15 1. 5 6 40 10 2.0
若使容器内相同质量水的温度升高2.5℃，则25千克的重物需下降 米．
四、综合题（本大题共1小题）
15．阅读材料，回答问题：
风力发电
风能是一种清洁的可再生能源，利用风力发电将助力我国实现碳中和目标。风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成，其简化结构如图甲所示。叶片横截面的设计原理如图乙所示，一面较平，另一面较弯曲。叶片在风的作用下旋转，经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转发电。某风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈，发电机转子转20圈。风力发电机组输出功率P与风速v的关系如图丙所示，在5m/s≤v≤10m/s的范围内，P与v的三次方成正比。风力发电机组所在风场某段时间内的风速v与时间t的关系如图丁所示。（为方便计算，图丙和图丁数据已作简化处理）
（1）完成下列风力发电的主要能量转化流程图：①__________，②__________ ；
（2）当风正面垂直吹向静止叶片时，如图乙所示，从正面看，叶片A会__________（选填“顺时针”或“逆时针”）转动；
（3）当风速为12m/s时，风力发电机组工作1h输出的电能相当于__________kg的煤完全燃烧放出的热量；（q煤=
3.0×107J/kg）
（4）当风速为13m/s时，发电机转子1min转400圈，若发电机输出电能1kW·h，叶片需要转动__________圈；
（5）若14∶00~15∶00和15∶00~16∶00两段时间内输出电能之比为1∶3，则14∶00~20∶00的时间段内风力发电机组的输出电能为__________kW·h。
五、计算题（本大题共2小题）
16．我国电动汽车多项技术已领跑世界。某型号的国产电动汽车所用电池电压400V，满电时能存储80kW·h的能量，电池剩余20%的能量时需要充电（避免损伤电池）。如图，小红驾驶该型号车携家人出行发现：汽车在高速公路上通过A处时仪表显示电池剩余95%的能量，汽车以108km/h的速度匀速直线行驶30min到达B处时，仪表显示电池剩余82.5%的能量。已知全车总质量为2t。汽车在该路段受到的阻力是车重的0.03倍，请计算该车通过这段高速路时的以下各量：（g=10N/kg）
（1）汽车行驶的路程为多少km？
（2）汽车受到的牵引力是多大？
（3）汽车的能量转换效率多大？

17．2010年11月5日，在新疆召开的“引渤入疆”（指引渤海水进入新疆）研讨会，引起了全国舆论的广泛关注。其中一个方案是：从天津取水，由黄旗海—库布齐沙漠—毛乌素沙漠—腾格里沙漠—乌兰布和沙漠—巴丹吉林沙漠，走河西走廊，经疏勒河自行流入罗布泊。此路经中最高海拔约为h1=1200m，从罗布泊到下游的艾丁湖，又有近h2=1000m 的落差。此方案是否可行，涉及到环境、能源、技术等多方面的因素。下面我们仅从能量的角度来分析这个方案。取g=10N/kg，水的密度ρ=1.0×103kg/m3。
(1)若通过管道提升海水，电能效率η=60%，将1t海水提升到海拔1200m处，需要电能E1至少为多少？
(2)若每年调4×109m3海水入疆，即使把从罗布泊到下游的艾丁湖落差发的电全部用来提升海水，也还需要额外提供电能；
①若利用水的落差发电，发电效率也为η=60%，将1t海水输送到艾丁湖，额外需要电能为多少？
②已知三峡水电站年平均流量Q=5.0×1011m3，水库水面与发电机的水轮机所在位置的平均高度差h=100m，发电站的发电效率η=60%。若“引渤入疆”工程额外需要的电能可以从三峡水电站输送，求在一年中“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例。
参考答案
1．【知识点】能量守恒定律、能量的转移
【答案】转移；遵循
【详解】冬天人们喜欢捧着一杯热水，热水温度较高，放出热量，人体温度较低，吸收热量，此过程中发生了能量的转移。在转移的过程中，能量的总量不变，故遵循能量守恒定律。
2．【知识点】流体压强与流速的关系、能量的转化
【答案】内能； 小
【详解】发动机的核心部件是内燃机，通过燃烧燃料形成高温高压气体推动活塞做功，这是把内能转化为机械能；机翼做成上凸下平的形状，当飞机飞行时机翼上方空气流速比下方空气流速大，根据流体压强与流速的关系可知，流速越大的地方压强越小，所以这是利用了流体流速越大压强越小的原理。
3．【知识点】物体的吸放热能力、能量的转化
【答案】内能；比热容
【详解】中国长征三号乙运载火箭升空时，燃料燃烧释放热量，将内能转化为火箭运动的机械能。水的比热容比砂石大得多，相同条件下，砂石和水吸收或放出相同热量时，砂石升高或降低的温度要比水大得多，月球表面没有水，覆盖着一层碎石粒和浮土，所以月球上昼夜温差很大。
4．【知识点】能量的转化
【答案】机械能；电
【分析】地热发电站的工作过程是将大地的内能经过汽轮机、发电机转化成我们普遍使用的电能。
【详解】地热发电站发电时，先利用地下井获得地热将加热成水蒸气，水蒸气膨胀推动活塞，使汽轮机转动工作，将水蒸气的内能转化为机械能，汽轮机带动发电机工作，将机械能转化为电能；所以整个过程能量的转化是：内能→机械能→电能。
5．【知识点】汽油机的构造与工作过程、能量的转化
【答案】增大；压缩；内；40
【详解】在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，快速压下活塞，棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；在压缩引火过程中，活塞的机械能转化为空气的内能，与汽油机的压缩冲程相似，都是把机械能转化为内能。
棉花着火燃烧之后，活塞会迅速反弹，是气体对活塞做功，此过程是燃气的内能转化为活塞的机械能。
四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该飞轮每秒钟转20圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成4个工作冲程，做功1次，则每秒内完成冲程40个。
6．【知识点】能量的转化
【答案】B
【详解】用酒精灯加热水的过程中，酒精的化学能转化为试管和水的内能；当水沸腾时产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增大，大于外界大气压，就会将塞子冲出，此过程中试管内水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减小，转化为塞子的机械能，所以，这个过程中能量转化的顺序是：化学能→内能→机械能，故B正确。
7．【知识点】动能的变化问题、生活中的惯性现象、能量的转化、重力势能的变化问题
【答案】B
【详解】A. 影响动能的因素有质量和速度，所以，飞机加速升空的过程中，质量不变，速度变大，动能变大，故A错误；
B. 根据能量转换的知识可知，飞机燃料在燃烧的过程中，化学能转化为内能，故B正确；
C. 影响重力势能的因素有质量和高度，所以，飞机减速下降的过程中，质量不变，高度降低，重力势能变小，故C错误；
D. 根据惯性的知识可知，飞机降落后能在跑道上继续滑行，是由于惯性，但不能说“受到惯性的作用”，惯性不是力，故D错误。
8．【知识点】做功改变物体内能、燃料的热值、能量的转化、运动和静止的相对性
【答案】D
【详解】A．以星河动力“谷神星一号”运载火箭为参照物，“河南理工长一号”卫星的位置没有发生改变，是静止的，故A错误；
B．火箭在大气中加速上升过程，克服与空气的摩擦力做功，通过做功增大了火箭的内能，故内能增大，故B错误；
C．运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，根据可知，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量，故C错误；
D．火箭是热机的一种，燃料的内能转化为火箭上升时的动能和重力势能，机械能增大，故是将燃料的内能转化成火箭的机械能，故D正确。
9．【知识点】动能和势能的转化、燃料的热值、能量的转化
【答案】D
【详解】A．火箭加速升空时，燃料燃烧的化学能转化为动能和重力势能，故A错误；
B．火箭选作燃料的物质主要是利用该燃料的热值大的特点，故B错误；
C．热值是物质的一种物理属性，与燃料是否充分燃烧无关。燃烧是否充分影响的是燃料燃烧时放出热量的多少，故C错误；
D．返回舱进入大气层后与大气摩擦生热，此时机械能转化为内能，故D正确。
10．【知识点】能量的转化
【答案】B
【详解】A．利用风力发电将风能转化为电能，故A错误；
B．太阳能电池板吸收太阳能，将太阳能转化为电能，故B正确；
C．照明灯工作时，LED灯是将电能转化为光能，故C错误；
D．蓄电池夜晚放电时将化学能转化为电能，故D错误。
11．【知识点】内燃机的四个冲程、影响物体内能大小的因素、水的比热容的特点及应用、燃料的热值、能量的转化
【答案】B
【详解】A．火箭使用液态氢作燃料，是因为液态氢的热值大，故A错误；
B．集中供暖采用热水循环，是利用了水的比热容较大的性质，升高或降低相同的温度，吸热或放热多, 故B正确；
C．在汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能，故C错误；
D．0℃的水变成0℃的冰，温度不变，要放热，所以内能减少, 故D错误。
12．【知识点】燃料的热值、能量的转化
【答案】B
【详解】A．火箭采用液态氢做燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量燃料，液态氢可以释放出更多的热量，故A错误；
B．热值是燃料的一种特性，无论液氢燃料燃烧得充不充分，其热值不变，故B正确；
C．燃料燃烧推动火箭升空，火箭的机械能增大，是把内能转化为机械能，故C错误；
D．燃料不可能完全燃烧，在燃烧的过程中将化学能转化为内能，再将部分内能转化为机械能，还有一部分内能会散失在空气中，故D错误。
13．【知识点】能量的转化
【答案】电；化学；1.296×104；增大；增大
【详解】
在给手机充电时，是将电能转化为化学能储存起来；由图示可知，手机充满电后，存储的电能为W=UIt=3.6V×1A×3600s=1.296×104J；自拍杆可以增大物距，增大取景范围，使所拍摄的范围更大一些．
14．【知识点】能量守恒定律
【答案】刻度尺、温度计；由于转轴处存在摩擦（或液体散热）；20
【详解】
（1）实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计水升高的温度；
（2）在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小；
（3）由2次实验可知：20kg的重物下降10m，升高的温度为1℃，则每kg的重物下降1m，升高的温度为；
使容器内相同质量水的温度升高2.5℃，则需要的高度为：h＝＝20m．
15．【知识点】功的计算和估算、流体压强与流速的关系、热值及相关计算、能量的转化
【答案】（1）机械能（或动能）；电能 （2）顺时针 （3）36 （4）4 （5）1084.3
【详解】（1）风吹动叶片转动，将风的风能转化为叶片的机械能（或动能），经过齿轮箱增速后，发电机转子高速旋转，带动发电机工作，将机械能转化为电能。
（2）叶片上平下凸，当风流过叶片时，下表面的风速大，压强小，上表面的风速小，压强大，叶片上下表面压强差的作用下顺时针转动。
（3）根据图丙可知，当风速为12m/s时，功率为300kW，根据 可得，风力发电机组工作1h输出的电能为
，
由Q=mq可得，这些电能相当于完全燃烧煤的质量为
。
（4）若发电机输出电能1kW·h，当风速为13m/s时，功率为300kW，需要的时间为
，
由于发电机转子1min转400圈，当发电机输出电能1kW·h，发动机需要转的圈数为80圈，又风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈，发电机转子转20圈，则叶片转4圈。
（5）根据丁图可知，15∶00-16∶00这段时间风速12~13m/s，由丙图可知，此时间段的功率为300kW，根据W=Pt可知，此段时间产生的电能为W′=Pt=300kW×1h=300kW·h，
14∶00-15∶00和15∶00-16∶00两段时间内输出电能之比为1∶3，可知14∶00-15∶00这段时间产生的电能为
。
由于14∶00-14∶30这时间段，风速小于3m/s，由丙图可知，输出功率为0，输出电能为0；由于14∶00-15∶00这段时间产生的电能为100 kW·h，所以14∶30-15∶00这时间段，风速等于10m/s，输出电能为100 kW·h；16∶00~17∶00这段时间，风速大于12m/s，输出的电能为300 kW·h；17∶00~17∶30这段时间，风速为10m/s，输出的电能为100kW·h；17∶30~18∶00这段时间，风速为7m/s，满足5m/s≤v≤10m/s，由题意可知P与v的三次方成正比，即P=kv3，将速度v1=10m/s、v2=7m/s分别带入Pt= kv3t可得，W2=34.3kW·h；18∶00~19∶00这段时间，风速小于3m/s，由丙图可知，输出电能为0；19∶00~19∶30这段时间，风速为10m/s，输出的电能为100 kW·h；19∶30~20∶00这段时间，风速大于12m/s，输出的电能为 。
所以14∶00-20∶00的时间段内风力发电机组的输出电能为
100 kW·h+300 kW·h+300 kW·h+100 kW·h+34.3 kW·h+100 kW·h+150 kW·h=1084.3 kW·h。
16．【知识点】二力平衡的概念及平衡状态的判断、功的计算和估算、能量利用效率、速度公式及其应用
【答案】（1）54km　（2）600N　（3）90%
【详解】（1）根据，汽车行驶的路程为。
（2）汽车的重力为G=mg=2×103kg×10N/kg=2×104N，因为汽车在匀速直线行驶，根据二力平衡可知，牵引力等于阻力，即F=f=0.03G=0.03×2×104N=600N。
（3）汽车所做的有用功W有 =Fs=600N×54×103m=3.24×107J，汽车消耗的电能W=(95%-82.5%)×80 kW·h=10kW·h=3.6×107J，汽车的能量转换效率。
17．【知识点】能量利用效率、能量守恒定律
【答案】(1) 2×107J；(2)1.4×107J，18.7%
【分析】
能量是守恒的，只是形式的转换，解题时考虑能量转换的占比问题；利用公式E=mgh得到水的重力势能，通过能量的利用得到需要消耗的电能。
【详解】
(1)将一吨海水提升到海波1200m，重力势能增加
由于电能的利用率为60%，所以需要耗电
(2)①利用1000m落差，根据能量的利用率可知1t水可以发电
将1t海水输送到艾丁湖，需要额外耗电
②1t海水的体积为1m3，则每年从渤海湾调4×109m3海水入疆需要额外用电
已知年平均流量
Q=V=5.0×1011m3
由以及可得这些水的重力
已知平均高度差h=100m，则水的重力做功
已知发电站的发电效率为60%，可得，三峡水电站的年发电
“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例为
答：(1)若通过管道提升海水，电能效率η=60%，将1t海水提升到海拔1200m处，需要电能E1至少为2×107J；
(2)①若利用水的落差发电，发电效率也为η=60%，将1t海水输送到艾丁湖，额外需要电能为1.4×107J；
②在一年中“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例18.7%。
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